JP2015015308A

JP2015015308A - 照明装置

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Publication number: JP2015015308A
Application number: JP2013140070A
Authority: JP
Inventors: 大長　久芳; Hisayoshi Daicho; 久芳大長; 杉森　正吾; Shogo Sugimori; 正吾杉森; 康章堤; Yasuaki Tsutsumi; 寿雄八木; Hisao Yagi; 伊藤　和弘; Kazuhiro Ito; 和弘伊藤; 祥敬佐々木; Yoshitaka Sasaki; 千江望月; Chie Mochizuki
Original assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Current assignee: Koito Manufacturing Co Ltd
Priority date: 2013-07-03
Filing date: 2013-07-03
Publication date: 2015-01-22
Anticipated expiration: 2033-07-03
Also published as: JP6275965B2

Abstract

【課題】高品質な照明光を実現可能な照明装置を提供する。【解決手段】照明装置は、紫外光または短波長可視光を発する少なくとも１個以上の半導体発光素子１１２と、半導体発光素子１１２が発する光で励起され、可視光に含まれる第１の波長域の光を発する第１の蛍光体と、発光素子が発する光で励起され、第１の波長域と異なる、可視光に含まれる第２の波長域の光を発する第２の蛍光体と、第１の蛍光体と第２の蛍光体とを含有する光波長変換部材２２と、を有する発光モジュール２０と、発光モジュールが出射した光を前方へ透過させる光透過部材１０４と、発光モジュールが発する熱を放熱する放熱部材と、発光モジュールおよび光透過部材を収容する筐体と、を備える。光波長変換部材２２は、配列された少なくとも１個以上の半導体発光素子１１２のそれぞれの発光面１１２ａから離間した位置に一体的に配置されている。【選択図】図６

Description

本発明は、照明装置に関する。

従来、様々な用途の照明装置が考案されている。例えば、室内照明、屋外照明、スタジオ照明や舞台装置等が知られている。中でもスタジオ照明や舞台装置では、より明るい光量が求められており、光源としてはハロゲン電球や放電ランプが多く使われていた。

一方、新たな光源としてＬＥＤの性能は日々向上し、蛍光体との組合せで白色光源を実現するものも種々考案されている。近年ではスタジオ照明等の光源として、青色ＬＥＤと黄色蛍光体とを組み合わせた白色光源も考案されている（特許文献１参照）。

特開２０１２−８９３９４号公報

しかしながら、ＬＥＤは指向性があるため、中心軸方向の光度が高く、中心軸から離れるほど光度が低くなる傾向がある。一方、蛍光体は、ＬＥＤが発する光で励起されてランバーシアンな発光をする。そのため、青色ＬＥＤと黄色蛍光体を組み合わせた白色ＬＥＤチップでは、チップ正面から外れるほど黄色成分の比率が多くなり色ムラが発生する。

また、スタジオ照明等の大光量光源として上述の白色ＬＥＤチップを用いる場合には、複数のＬＥＤチップを配列してモジュール化することになるが、隣接するチップ間の隙間が縞状のスジとなって投影され、輝度ムラ（光ムラ）が発生する。

本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、高品質な照明光を実現可能な照明装置を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明のある態様の照明装置は、紫外光または短波長可視光を発する少なくとも１個以上の発光素子と、発光素子が発する光で励起され、可視光に含まれる第１の波長域の光を発する第１の蛍光体と、発光素子が発する光で励起され、第１の波長域と異なる、可視光に含まれる第２の波長域の光を発する第２の蛍光体と、第１の蛍光体と第２の蛍光体とを含有する光波長変換部材と、を有する発光モジュールと、発光モジュールが出射した光を前方へ透過させる光透過部材と、発光モジュールが発する熱を放熱する放熱部材と、発光モジュールおよび光透過部材を収容する筐体と、を備える。光波長変換部材は、配列された少なくとも１個以上の発光素子のそれぞれの発光面から離間した位置に一体的に配置されている。

この態様によると、発光素子が発する光の波長域が可視光領域に余り含まれていないため、例えば、第１の蛍光体が発する第１の波長域の光と第２の蛍光体が発する第２の波長域の光との混色により照明光を実現することで、照射方向によって生ずる色ムラを低減できる。なお、第１の蛍光体が発する光と第２の蛍光体が発する光とは互いに補色の関係にあってもよく、その場合、混色により白色光が実現される。また、少なくとも１個以上の発光素子から出射した光は光波長変換部材に入射するまでにある程度広がることになる。そのため、光波長変換部材の入射面側において、発光素子間の隙間と対向する領域にも発光素子の光が照射される。そのため、光波長変換部材に入射する励起光のムラが少なくなり、発光が均一化される。

光波長変換部材は、光透過部材の光入射側の面に設けられていてもよい。これにより、光波長変換部材で光が拡散されるため、光透過部材自体に光を拡散させるための機能を持たせなくてもよくなる。

発光素子から出射する光を光波長変換部材に向けて集光する光学部材と、光波長変換部材が設けられる透明部材と、を更に備えてもよい。透明部材は、光波長変換部材の熱伝導率よりも高い材料で構成されていてもよい。これにより、光波長変換部材を小型化できる。また、光波長変換部材で生じる熱を外部へ放出しやすくなる。

光透過部材は、光波長変換部材の熱伝導率よりも高い材料で構成されていてもよい。これにより、光波長変換部材で生じる熱を外部へ放出しやすくなる。

発光素子は、光波長変換部材に対して光透過部材と同じ側に配置され、光波長変換部材の発光面に向かって光を照射するように構成されていてもよい。これにより、発光素子から出射した励起光は、光波長変換部材を通過しながら蛍光体を励起するのではなく、光波長変換部材の表面近傍の蛍光体を励起することになり、蛍光体が発する光が光波長変換部材の内部で吸収されたり他の蛍光体で散乱されたりすることが抑制される。

光波長変換部材は、発光素子と光透過部材との光路の途中において、光が入射する領域が変化するように所定の範囲で移動できるように構成されていてもよい。これにより、光波長変換部材の局所的な発熱が緩和される。

第１の蛍光体および第２の蛍光体の少なくとも一方は、単結晶または透光性セラミックであってもよい。これにより、光波長変換部材の劣化が抑制される。

本発明によれば、高品質な照明光を実現できる。

本実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。本実施の形態に係る照明装置に用いられる光透過部材の断面図である。青色ＬＥＤとＹＡＧ黄色蛍光体とで構成された発光モジュールの発光モデルを模式的に示した図である。本実施の形態に係る発光モジュールの発光モデルを模式的に示した図である。図５（ａ）は、図３に示す発光モジュールの発光スペクトルの模式図、図５（ｂ）は、図４に示す発光モジュールの発光スペクトルの模式図である。本実施の形態に係る発光モジュールの概略構成を示す図である。本実施の形態の他の実施例に係る発光モジュールの概略構成を示す図である。本実施の形態の他の実施例に係る発光モジュールの概略構成を示す図である。本実施の形態の他の実施例に係る発光モジュールの概略構成を示す図である。

以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述される全ての特徴やその組合せは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。

（照明装置）
はじめに、照明装置の概略構成について説明する。図１は、本実施の形態に係る照明装置の概略構成を示す断面図である。

本実施の形態に係る照明装置１００は、テレビスタジオ等の照明に用いられるスポットライトやフラッドライト、キャスターライト等として用いられる。図１に示す照明装置１００は、少なくとも１個以上の半導体発光素子を有する発光モジュール１０２と、発光モジュール１０２が出射した光を前方へ透過させる光透過部材１０４と、発光モジュール１０２が発する熱を放熱する放熱機構１０６と、発光モジュール１０２および光透過部材１０４を収容する筐体１０８と、を備える。照明装置１００をテレビスタジオ等でスポットライトとして用いる場合は、出射光束が、５０００〜３００００ルーメンの発光モジュール１０２によって３０００ルーメン以上の照射光を実現できる。

（筐体）
筐体１０８は、断面が多角形または円形の筒状の部材であり、熱伝導性が良好で軽量な材質、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、銅、ステンレス、銀、ニッケルなどの金属材料や、熱伝導率の良い充填材を混合した高熱伝導性プラスチック材料、例えば、ポリアミド、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＯＭ（ポリアセタールコポリマー）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＳＵ（ポリスルホン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＥＫ（ポリエーテルケトン）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、フラン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ＡＤＣ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノキシ樹脂、シリコーン樹脂、などで構成されている。

熱伝導率の良い充填材は、例えば、アルミニウム、マグネシウム、チタン、鉄、銅、ステンレス、銀、ニッケルなどの金属粉や金属繊維、またはこれら金属をメッキや蒸着などで製膜した粒子、Ａｌ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＢＮ、ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＴｉＯ_２、ＹＡＧ、Ｃなどの粉体や繊維、などである。

また、筐体１０８は、光透過部材１０４を透過した光が通過する前側開口１０８ａと、放熱機構１０６からの熱を外部へ放出するための放熱開口１０８ｂとが形成されている。なお、放熱機構１０６からの熱をより効率的に外部に放出するため、放熱機構１０６が筐体１０８に収まらない構成、または、通風性の高いメッシュで囲まれた構成をとってもよい。

また、前側開口１０８ａの各辺には、バンドア１１０が設けられている。バンドア１１０は、開閉角度を調節することにより、照明装置１００の照射範囲を設定することができる。バンドア１１０の内面１１０ａは、光の反射率が高い鏡面や白色面で形成してもよい。これにより、バンドア１１０の内面１１０ａで反射された光も照射光として利用できるため、より明るい照射光量を実現できる。効率が向上し、照射光として利用できる光を増加させることができる。また、光の照射範囲を制御するためには内面１１０ａを黒色など光の反射率を抑えた面で形成してもよい。あるいは、照明装置１００は、バンドア１１０を設けない構成であってもよい。

筐体１０８は、その内面に反射部（鏡面や白色部）が形成されていてもよい。これにより、発光モジュール１０２から出射した光のうち、光透過部材１０４に直接向かわずに筐体１０８の内面で吸収されていた光が内面で反射されることで照射光として利用できる。そのため、照明装置１００における光源の利用効率が向上し、より明るい照明装置を実現する、あるいは同じ明るさの照射光を低消費電力で実現できる。

（光透過部材）
図２は、本実施の形態に係る照明装置に用いられる光透過部材の断面図である。図２に示す光透過部材１０４は、のこぎり状の断面を有するフレネルレンズである。また、光透過部材１０４は、発光モジュール１０２との相対位置が変化するように、筐体１０８に対してスライドするように設けられている。

（放熱機構）
放熱機構１０６は、発光モジュール１０２が発した熱を吸収し、外部へ効率よく排出できるように構成されている。放熱機構１０６としては、ヒートシンクや放熱ファン等が挙げられる。また、ヒートシンクや放熱ファンに加えて、あるいは替えて、発光モジュール１０２が直接搭載される搭載部にペルチェ素子やヒートパイプを設けてもよい。より好ましくは、ペルチェ素子と、少なくとも一部がＣｕからなる大型ヒートシンクと、大型の放熱ファンとを組み合わせた放熱機構であってもよい。効率の良い放熱機構とすることで、発光モジュールの温度が下がり、発光モジュールの発光効率が高まるので、消費電力を抑えることができる。また、放熱機構の小型化が可能となる。

また、放熱機構１０６として水冷ユニットを取り付けてもよい。これにより、大型のヒートシンクを採用する場合と比較して小型・軽量化が図られる。また、放熱機構１０６の各部材の放熱部に放熱塗料を塗布してもよい。これにより、単位面積当たりの放熱性が高まり、例えば、ヒートシンクを小型・軽量化できる。

（発光モジュール）
次に、発光モジュールについて説明する。例えば、照明装置で採用されているＬＥＤモジュールの白色化方式が青色ＬＥＤとＹＡＧ黄色蛍光体との組合せの場合、青色ＬＥＤから青色光が鉛直方向に出射されるが、それに対し青色光を吸収した蛍光体は、ランバーシアンに発光する。図３は、青色ＬＥＤとＹＡＧ黄色蛍光体とで構成された発光モジュールの発光モデルを模式的に示した図である。図３に示す発光モジュール（以下、比較例に係る発光モジュールと称する場合がある。）のように、ドーム直上は青白い光が、ドームの外周付近は黄色光が出射され、照射方向によって発光色が変動する。

図４は、本実施の形態に係る発光モジュールの発光モデルを模式的に示した図である。図４に示す発光モジュール１０２は、半導体発光素子１１２と、複数の半導体発光素子１１２が搭載される素子搭載用基板１１４と、光波長変換部材２２と、を有する。光波長変換部材２２は、配列された複数の半導体発光素子１１２のそれぞれの発光面から離間した位置に一体的に配置されている。また、光波長変換部材２２は、黄色蛍光体１１６および青色蛍光体１１８と、黄色蛍光体１１６および青色蛍光体１１８が適量分散された封止部材１２０と、を有する。光波長変換部材２２は、板状に形成されている。なお、光波長変換部材２２は、図４に示す板状に限定されず、円柱状、直方体形状、ピラミッド形状、コーン状、レンズ状等の他の形状であってもよい。図４に示すように、本実施の形態に係る発光モジュールの白色化方式では、半導体発光素子１１２であるｎＵＶ−ＬＥＤから出射された紫外線又は短波長可視光は、ほとんど蛍光体に吸収され、第１の蛍光体（黄色蛍光体１１６）、第２の蛍光体（青色蛍光体１１８）においてランバーシアンな発光をする。そのため、ドーム直上とドームの外周付近とで青色光と黄色光との比率がほとんど変わらず、照射方向によって発光色が変動しない。

図５（ａ）は、図３に示す発光モジュールの発光スペクトルの模式図、図５（ｂ）は、図４に示す発光モジュールの発光スペクトルの模式図である。図５（ａ）に示すように、青色ＬＥＤとＹＡＧ黄色蛍光体で構成された発光モジュールは、４５０ｎｍ近傍の青色光をＬＥＤ自体の色で実現しており、その領域の発光スペクトルが非常にシャープとなる。周辺視においては、青色光に対する感受性が高いため、このような発光モジュールをスタジオ照明の光源に用いると、照射された人が不快なまぶしさを感じてしまう。

しかしながら、本実施の形態に係る発光モジュールは、図５（ｂ）に示すように、４５０ｎｍ近傍の青色光を青色蛍光体のランバーシアンな発光で実現しており、その領域の発光スペクトルはブロードになっている。そのため、前述のような不快なまぶしさが低減される。

また、黒文字で書かれた原稿などを読む場合、背景が白い（無彩色）ときよりもクリーム色（有彩色）のときの方が読みやすいと言われている。このような観点では、図５（ｂ）に示す発光モジュールのように、図５（ａ）に示す発光モジュールと比較して、ある程度以上の相対強度を有する波長域が広い照射光が好ましい。この場合、演色性も高くなるため、照射光によって照らされた人の肌もきれいに見える。そこで、このような発光モジュールを用いた照明装置を、キャスターやアナウンサーが座る机に設置し、顔を照射するように配置してもよい。

以下に、本実施の形態に係る発光モジュールが備える半導体発光素子や蛍光体等の各部材について詳述する。

［半導体発光素子］
半導体発光素子１１２は、例えば、紫外線や短波長可視光を発するＬＥＤチップである。例えば、ピーク波長が３８０〜４８０ｎｍのＬＥＤチップ等が挙げられる。好ましくは、ピーク波長が３８０〜４３０ｎｍの紫色ＬＥＤチップがよい。紫外線や短波長可視光を発する発光素子であれば、ＬＥＤ以外であってもよく、ＬＤ素子やＥＬ素子であってもよい。また、発光モジュール１０２に用いる半導体発光素子１１２は、光量や照射範囲を考慮して複数であってもよい。

［蛍光体の組合せ］
例えば、半導体発光素子１１２が紫色ＬＥＤチップの場合、基本的には、黄色蛍光体と青色蛍光体とを組み合わせるが、照射光に必要な色温度や演色性を考慮して、適宜赤色や緑色の蛍光体を組み合せてもよい。各色の蛍光体は、全て封止部材１２０に分散させてもよい。あるいは、赤色および緑色の蛍光体を半導体発光素子１１２の近くに配置し、黄色蛍光体１１６および青色蛍光体１１８を封止部材１２０に分散させてもよい。なお、半導体発光素子１１２として青色ＬＥＤチップを用いる場合、青色蛍光体を用いない、あるいは、青色蛍光体の量を相対的に少なくしてもよい。更に、青色以外の蛍光体をチップから近い位置に配置し、青色蛍光体を最上部に配置すると非点灯時の見栄えが良くなる。

［封止部材］
封止部材１２０は、光を透過させる透明な部材であり、例えば、ジメチルシリコーン系の樹脂が用いられる。これ以外には、フェニルシリコーン・アクリルシリコーン等のシリコーン系、ゾルゲル（シリカ、チタニア等）系、エポキシ系、アクリル系、ポリウレタン系、ポリエステル系、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）系、フッ素ポリマー系、メラミン系、ＰＶＢ（ポリビニルブチラール）系、ガラス系（ホウケイ酸系、アルミノシリケート系、ソーダボロシリケート系等）等を封止部材１２０として用いてもよい。また、蛍光体を含有する封止部材の厚みは、０．０１〜３０ｍｍ程度が好ましい。また、封止部材１２０に分散される蛍光体濃度は、０．１〜２０ｖｏｌ％程度が好ましい。

封止部材１２０の形成方法として、塗布（ディスペンサ塗布等）、射出成型、注型、トランスファ成型等の型を用いた成型、スクリーン印刷、ディッピング、スプレー、インクジェット法等の印刷法が挙げられる。

［素子搭載用基板］
素子搭載用基板１１４としては、金属基板（アルミ基板、銅基板等）、セラミック基板（アルミナ、窒化アルミ等）、樹脂基板（ガラスエポキシ基板等）、リードフレーム、樹脂枠と一体となったリードフレーム、フレキシブル基板（ＦＰＣ）等が挙げられる。基板は、熱伝導性、電気絶縁性、価格等を考慮して選定される。

［黄色蛍光体］
黄色蛍光体としては、紫外光（紫外線）または短波長可視光で励起され発光する以下の蛍光体が挙げられる。
（１）（Ｃａ_{１−ｘ−ｙ−ｚ−ｗ}、Ｓｒ_ｘ、Ｍ^ＩＩ _ｙ、Ｅｕ_ｚ、Ｍ^Ｒ _ｗ）_７（ＳｉＯ_３）_６Ｘ_２（Ｍ^ＩＩは、Ｍｇ、ＢａおよびＺｎのうち少なくとも一種の元素を含み、Ｍ^Ｒは、希土類元素およびＭｎのうち少なくとも一種の元素を含み、Ｘは、ＣｌまたはＣｌを必須とする複数のハロゲン元素を含む。また、ｘ、ｙ、ｚ、ｗは、０．１＜ｘ＜０．７、０≦ｙ＜０．３、０＜ｚ＜０．４、０≦ｗ＜０．１を満たす。）
（２）ＣｓＭ^１ _１−ａＰ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋ _ａ（Ｍ^１は、ＣａおよびＳｒの少なくとも一種の元素を含み、ａは０．００１≦ａ≦０．５の範囲である。）
（３）Ｂａ_２−ａＭｇＳｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋ _ａ（ａは０．００１≦ａ≦０．５の範囲である。）
ここで、（１）の黄色蛍光体は、青色光を余り吸収しない、つまり青色蛍光体が発する光の再吸収が少ないことから、蛍光体を含有する樹脂層の厚さが変動しても発光色は変わりにくい。その結果、発光色の色度分布のばらつきを抑制できる。なお、本願発明の趣旨に添っていれば、上述の黄色蛍光体以外であってもよい。

［青色蛍光体］
青色蛍光体としては、紫外光（紫外線）または短波長可視光で励起され発光する以下の蛍光体が挙げられる。
（１）Ｍ^１ａ（Ｍ^２Ｏ_４）_ｂＸ_ｃ：Ｒｅ_ｄ（Ｍ^１は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａのうち一種以上の元素を必須とし、一部をＭｇ、Ｚｎ、Ｃｄ、Ｋ、Ａｇ、Ｔｌからなる群の元素に置き換えることができる。Ｍ^２は、Ｐを必須とし、一部をＶ、Ｓｉ、Ａｓ、Ｍｎ、Ｃｏ、Ｃｒ、Ｍｏ、Ｗ、Ｂからなる群の元素に置き換えることができる。Ｘは少なくとも１種のハロゲン元素、Ｒｅは、Ｅｕ^２＋必須とする少なくとも１種の希土類元素又はＭｎを示す。ａは４．２≦ａ≦５．８、ｂは２．５≦ｂ≦３．５、ｃは０．８＜ｃ＜１．４、ｄは０．０１＜ｄ＜０．１の範囲である。）
（２）Ｍ^１ _１−ａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ^２＋ _ａ（Ｍ^１は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、ａは０．００１≦ａ≦０．５の範囲である。）
（３）Ｍ^１ _１−ａＭｇＳｉ_２Ｏ_８：Ｅｕ^２＋ _ａ（Ｍ^１は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、ａは０．００１≦ａ≦０．８の範囲である。）
（４）Ｍ^１ _２−ａ（Ｂ_５Ｏ_９）Ｘ：Ｒｅ_ａ（Ｍ^１は、Ｃａ、Ｓｒ、Ｂａ、Ｚｎからなる群より選ばれる少なくとも１種の元素、Ｘは少なくとも１種のハロゲン元素、Ｒｅは、Ｅｕ^２＋必須とする少なくとも１種の希土類元素又はＭｎを示す。ａは０．００１≦ａ≦０．５の範囲である。）
なお、本願発明の趣旨に添っていれば、上述の青色蛍光体以外であってもよい。

［赤色蛍光体］
赤色蛍光体としては、紫外光（紫外線）または短波長可視光で励起され発光する以下の蛍光体が挙げられる。
（１）Ｙ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ
（２）Ｌａ_２Ｏ_２Ｓ：Ｅｕ
（３）（Ｓｒ，Ｃａ）Ｓ：Ｅｕ
（４）ＣａＳ：Ｅｕ
（５）Ｂａ_２Ｚｎ_３：Ｍｎ
（６）ＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ
（７）Ｓｒ_０．９５Ｃａ_０．９５Ｅｕ_０．１ＳｉＯ_４
（８）Ｎａ_３（Ｙ_１−ｘＥｕ_ｘ）Ｓｉ_２Ｏ_７
（９）Ｃａ_２ＳｉＳ_４：Ｅｕ
（１０）Ｅｕ_２ＳｉＳ_４
（１１）３．５ＭｇＯ・０．５ＭｇＦ_２・ＧｅＯ_２：Ｍｎ
（１２）Ｍ（Ｇａ_１−ｘＥｕ_ｘ）_２Ｏ_４（ＭはＣａ、Ｓｒ、Ｂａの少なくとも一種の元素）
なお、本願発明の趣旨に添っていれば、上述の赤色蛍光体以外であってもよい。

［緑色蛍光体］
緑蛍光体としては、紫外光（紫外線）または短波長可視光で励起され発光する以下の蛍光体が挙げられる。
（１）（Ｓｉ，Ａｌ）_６（Ｏ，Ｎ）_８：Ｅｕ（βサイアロン）
（２）（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ}，Ｃａ_ｘ）Ｇａ_２（Ｓｚ、Ｓｅ_１−ｚ）４：Ｅｕ^２＋ _ｙ（０≦ｘ＜１、０＜ｙ＜０．２、０＜ｘ＋ｙ≦１、０＜ｚ≦１）
（３）（Ｓｒ_{１−ｘ−ｙ−ｚ}，Ｃａ_ｘ，Ｂａ_ｙ，Ｍｇ_ｚ）^２ＳｉＯ^４：Ｅｕ^２＋ _ｗ（０＜ｘ＜１、０．５＜ｙ＜１、０＜ｚ＜１、０．０３＜ｗ＜０．２、０＜ｘ＋ｙ＋ｚ＋ｗ＜１）
（４）Ｙ_３（Ａｌ_１−ｘ，Ｇａ_ｘ）_５Ｏ_１２：Ｃｅ（０＜ｘ≦1）
（５）ＣａＳｃ_２Ｓｉ_３Ｏ_１２：Ｃｅ
（６）ＣａＳｃ_２Ｏ_４：Ｅｕ
（７）（Ｂａ，Ｓｒ）_３Ｓｉ_２Ｏ_３Ｎ：Ｅｕ^２＋
（８）ＮａＢａＳｃＳｉ_２Ｏ_７：Ｅｕ^２＋
（９）ＺｎＳ：Ｃｕ，Ａｌ
（１０）ＢａＭｇＡｌ_１０Ｏ_１７：Ｅｕ，Ｍｎ
なお、本願発明の趣旨に添っていれば、上述の緑色蛍光体以外であってもよい。

上述した本実施の形態に係る発光モジュールは、照射方向によって発光色が変動しない。よって、本実施の形態に係る発光モジュールを備えた照明装置は、照射面での色ムラが抑制された高品質な照射光を実現でき、高品質な照射光を必要とする照明器（スタジオ照明器等）には好適である。スタジオ照明等では、使用目的によりいろいろな配光パターンの照明器が必要となる。そこで、発光モジュールが備える半導体発光素子毎にレンズや反射鏡などの光学部材を設けて、使用目的に合った配光パターンを実現してもよい。

また、比較例に係る発光モジュールの場合、複数の青色ＬＥＤチップを配列すると、色ムラによるＬＥＤチップの粒状感が出ることがある。そのため、粒状感を低減するために、ＬＥＤチップの周辺に拡散シートを配置することがあるが、コストの増大や光の損失を招くことになる。一方、本実施の形態に係る発光モジュールは、色ムラや輝度ムラが少ないため、拡散シートを省略できる。

次に、本実施の形態に係る照明装置に好適な発光モジュールについて詳述する。図６は、本実施の形態に係る発光モジュールの概略構成を示す図である。

発光モジュール２０は、素子搭載用基板１１４上に複数の半導体発光素子１１２が金バンプ１２８を介してフリップチップ実装されている。また、発光モジュール２０は、第１の蛍光体としての黄色蛍光体１１６および第２の蛍光体としての青色蛍光体１１８が樹脂に分散された光波長変換部材２２を有する。

黄色蛍光体１１６は、半導体発光素子１１２が発する光で励起され、可視光に含まれる第１の波長域の光を発する。また、青色蛍光体１１８は、半導体発光素子１１２が発する光で励起され、第１の波長域と異なる、可視光に含まれる第２の波長域の光を発する。そして、補色の関係にある黄色光と青色光との混色により白色光が実現される。光波長変換部材２２は、配列された複数の半導体発光素子１１２のそれぞれの発光面１１２ａから離間した位置に一体的に配置されている。光波長変換部材２２は、各種蛍光体を樹脂やガラスに分散させたものや、単結晶や透光性セラミックが好適である。また、光波長変換部材２２は、板状やシート状のものであってもよい。

このように、発光モジュール２０においては、紫外線または短波長可視光を発する半導体発光素子１１２が発する光の波長域が可視光領域に余り含まれていないため、黄色蛍光体１１６が発する第１の波長域の光と青色蛍光体１１８が発する第２の波長域の光との混色により照明光を実現することで、照射方向によって生ずる色ムラを低減できる。

また、複数の半導体発光素子１１２から出射した光は光波長変換部材２２に入射するまでにある程度広がることになる。そのため、光波長変換部材２２の入射面側において、半導体発光素子１１２の隙間Ｇと対向する領域Ｒにも半導体発光素子１１２の光が照射される。そのため、光波長変換部材２２に入射する励起光のムラが少なくなり、光波長変換部材２２における発光が均一化される。また、光波長変換部材２２と半導体発光素子１１２とが離間しているため、半導体発光素子１１２が発する紫外線や短波長可視光による光波長変換部材２２の劣化が抑制される。

本実施の形態に係る光波長変換部材２２は、光透過部材１０４の光入射側の面に設けられている。光透過部材１０４は、前述のフレネルレンズ以外にも、光波長変換部材を支持するためのガラス板やプラスチック板等の透明部材であってもよい。好ましくは、光透過部材１０４は、光波長変換部材２２の熱伝導率よりも高い材料で構成されいるとよい。これにより、光波長変換部材２２で生じる熱を外部へ放出しやすくなる。熱伝導率の高い材料としては、例えば、Ａｌ_２Ｏ_３やＹＡＧ、ＭｇＯ、ＢＮ，ＡｌＮ、ＳｉＣ、ＴｉＯ_２等が挙げられる。

また、半導体発光素子１１２が発する励起光は、光波長変換部材２２の内部で蛍光体によって拡散光となるため、光透過部材１０４自体に光を拡散させるための機能を持たせなくてもよい。つまり、光透過部材１０４表面のシボ加工や、拡散板（拡散フィルム）の追加が必要ない。

なお、光波長変換部材２２を、光透過部材１０４の出射面側に設けてもよい。また、光波長変換部材２２は、蛍光体を樹脂に分散させたものを光透過部材１０４の入射面や出射面に塗布して形成してもよい。光波長変換部材２２は、第一の波長領域と第二の波長領域の複数の層に形成してもよい。この構成により、変換した光を再吸収することが抑制され、光取り出し効率が向上する。

また、図６で示した半導体発光素子１１２は、フリップチップ実装されたものであるが、表面実装タイプの発光モジュール（パッケージ）であってもよい。表面実装タイプの発光モジュール（パッケージ）は、例えば、白樹脂の凹部にチップを配置し、凹部の内面を反射部としたものである。これにより、発光素子から出射した光をより前方へ集光できる。

図７は、本実施の形態の他の実施例に係る発光モジュールの概略構成を示す図である。図７に示す発光モジュール３０は、素子搭載用基板１１４上に複数の半導体発光素子１１２が金バンプ１２８を介してフリップチップ実装されている。また、発光モジュール３０は、第１の蛍光体としての黄色蛍光体１１６および第２の蛍光体としての青色蛍光体１１８が樹脂に分散された光波長変換部材２２を有する。

光波長変換部材２２は、配列された複数の半導体発光素子１１２のそれぞれの発光面１１２ａから離間した位置に一体的に配置されている。また、半導体発光素子１１２と光波長変換部材２２との間には、半導体発光素子１１２から出射する光を光波長変換部材２２に向けて集光する光学部材２４としての凸レンズと、光波長変換部材２２が設けられる透明部材２６と、が配置されている。これにより、光波長変換部材２２を小型化できる。

透明部材２６は、光波長変換部材２２の熱伝導率よりも高い材料で構成されている。これにより、光波長変換部材２２で生じる熱を外部へ放出しやすくなる。透明部材２６は、光波長変換部材２２よりも大きな面積にすることにより放熱で有利になる。また、素子搭載用基板１１４上には、半導体発光素子１１２を囲むように反射部２８が形成されている。これにより、半導体発光素子１１２から側方に出射した光も前方へ向けて反射できる。

図８は、本実施の形態の他の実施例に係る発光モジュールの概略構成を示す図である。図８に示す発光モジュール４０は、鏡面基板３２上に配置された光波長変換部材２２と、光波長変換部材２２と光透過部材１０４との光路の両側に配置された複数の半導体発光素子１１２と、半導体発光素子１１２が出射した光の一部を光波長変換部材２２に向けて反射する反射部材３４と、を備えている。半導体発光素子１１２および反射部材３４は、素子搭載用基板１１４に搭載されている。なお、鏡面基板３２の代わりに白色基板を用いてもよい。

半導体発光素子１１２は、光波長変換部材２２に対して光透過部材１０４と同じ側に配置され、光波長変換部材２２の発光面２２ａに向かって光を照射するように構成されている。これにより、半導体発光素子１１２から出射した励起光は、光波長変換部材２２を通過しながら蛍光体を励起するのではなく、光波長変換部材２２の表面近傍の蛍光体を励起することになり、蛍光体が発する光が光波長変換部材２２の内部で吸収されたり他の蛍光体で散乱されたりすることが抑制される。その結果、発光効率の高い発光モジュールを実現できる。

また、光波長変換部材２２が変換したランバーシアンな光のうち鏡面基板３２に向かって進む光も反射できるので、光を有効利用できる。さらに、鏡面基板３２に熱伝導率の高い材料を用い、その表面に光を反射する面などを形成すると、光波長変換部材２２の放熱が効率よく行われる。その結果、光波長変換部材２２の温度の上昇が抑えられるので、光の変換効率が向上する。光を反射する面は、例えば表面粗さを１μｍ以下に平滑にした金属の他、表面にＡｇ、Ａｌ、Ａｕ等の金属や金属化合物の薄膜をメッキや蒸着などで形成した鏡面や、屈折率の異なる誘電体薄膜を少なくとも一層以上形成した反射面がある。

このような誘電体には、ＳｉＯ_２、ＣａＡｌ_２Ｏ_４、ＣａＣＯ_３、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｓ_２Ｓ_３、ＺｎＳ、ＮａＦ、ＢａＦ_２、ＰｂＦ_２、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＮａＩ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＡｇＣｌ、ＴｌＣｌ、ＫＢｒ、ＡｇＢｒ、ＴｌＢｒ、ＫＩ、ＣｓＢｒ、ＣｓＩなどが挙げられる。

これら光を反射する面は、表面粗さを１μｍより粗くして光を乱反射させてもよい。光反射面には、ＳｉＯ_２、ＣａＡｌ_２Ｏ_４、ＣａＣＯ_３、ＴｉＯ_２、ＳｒＴｉＯ_３、Ａｌ_２Ｏ_３、ＬｉＦ、ＭｇＦ_２、Ｙ_２Ｏ_３、ＭｇＯ、ＭｇＦ_２、ＣａＦ_２、Ａｓ_２Ｓ_３、ＺｎＳ、ＮａＦ、ＢａＦ_２、ＰｂＦ_２、ＣｄＳ、ＺｎＳｅ、ＮａＩ、ＮａＣｌ、ＫＣｌ、ＡｇＣｌ、ＴｌＣｌ、ＫＢｒ、ＡｇＢｒ、ＴｌＢｒ、ＫＩ、ＣｓＢｒ、ＣｓＩなどの粒子や繊維を、熱伝導率の良い充填材を混合した高熱伝導性プラスチック材料、例えば、ポリアミド、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＯＭ（ポリアセタールコポリマー）、ＰＣ（ポリカーボネート）、ＰＩ（ポリイミド）、ＰＰＥ（ポリフェニレンエーテル）、ＰＳＵ（ポリスルホン）、ＰＰＳ（ポリフェニレンサルファイド）、ＰＢＴ（ポリブチレンテレフタレート）、ＰＡＩ（ポリアミドイミド）、ＰＡＲ（ポリアリレート）、ＰＥＳ（ポリエーテルスルホン）、ＰＥＥＫ（ポリエーテルエーテルケトン）、ＰＥＩ（ポリエーテルイミド）、ＬＣＰ（液晶ポリマー）、ＰＥＫ（ポリエーテルケトン）、エポキシ樹脂、ウレタン樹脂、フェノール樹脂、フェノールアラルキル樹脂、フラン樹脂、アミノ樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ジアリルフタレート樹脂、ＡＤＣ樹脂、ビニルエステル樹脂、フェノキシ樹脂、シリコーン樹脂、などに分散させたコーティング膜であってもよい。

図９は、本実施の形態の他の実施例に係る発光モジュールの概略構成を示す図である。図９に示す発光モジュール５０は、素子搭載用基板１１４に搭載された半導体発光素子１１２と、半導体発光素子１１２から上方に向けて出射した光を前方（図９では左方）に反射するリフレクタ３６と、光透過部材１０４とリフレクタ３６との間に配置されている光波長変換部材２２と、を備える。光波長変換部材２２は、リフレクタ３６で反射した光が一箇所に集中しないように移動（上下動や回転）するように構成されている。

つまり、光波長変換部材２２は、発光モジュール５０と光透過部材１０４との光路の途中において、光が入射する領域が変化するように所定の範囲で移動できるように構成されている。これにより、光波長変換部材２２の局所的な発熱が緩和される。なお、光波長変換部材２２の入射面２２ｂ側には、波長が４４０ｎｍ以上の光を反射するショートパスフィルタ３８が設けられている。

以上、本発明を上述の実施の形態を参照して説明したが、本発明は上述の実施の形態に限定されるものではなく、実施の形態の構成を適宜組み合わせたものや置換したものについても本発明に含まれるものである。また、当業者の知識に基づいて各実施の形態における組合せや処理の順番を適宜組み替えることや各種の設計変更等の変形を実施の形態に対して加えることも可能であり、そのような変形が加えられた実施の形態も本発明の範囲に含まれうる。

上述の各形態では、青色蛍光体と黄色蛍光体とを組み合わせ発光モジュールについて説明したが、色の組合せはこれらに限られない。また、照明装置は、スポットライト、フラッドライト、キャスターライト等のスタジオ照明器だけでなく、舞台照明器、投光器、街路灯、トンネル照明等に用いてもよい。

２０発光モジュール、２２光波長変換部材、２２ａ発光面、２２ｂ入射面、２４光学部材、２６透明部材、２８反射部、３０発光モジュール、３２鏡面基板、３４反射部材、３６リフレクタ、３８ショートパスフィルタ、４０，５０発光モジュール、１００照明装置、１０２発光モジュール、１０４光透過部材、１０６放熱機構、１０８筐体、１０８ａ前側開口、１０８ｂ放熱開口、１１０バンドア、１１０ａ内面、１１２半導体発光素子、１１２ａ発光面、１１４素子搭載用基板、１１６黄色蛍光体、１１８青色蛍光体、１２０封止部材。

Claims

紫外光または短波長可視光を発する少なくとも１個以上の発光素子と、
前記発光素子が発する光で励起され、可視光に含まれる第１の波長域の光を発する第１の蛍光体と、
前記発光素子が発する光で励起され、前記第１の波長域と異なる、可視光に含まれる第２の波長域の光を発する第２の蛍光体と、
前記第１の蛍光体と前記第２の蛍光体とを含有する光波長変換部材と、を有する発光モジュールと、
前記発光モジュールが出射した光を前方へ透過させる光透過部材と、
前記発光モジュールが発する熱を放熱する放熱部材と、
前記発光モジュールおよび前記光透過部材を収容する筐体と、を備え、
前記光波長変換部材は、配列された前記少なくとも１個以上の発光素子のそれぞれの発光面から離間した位置に一体的に配置されていることを特徴とする照明装置。
前記光波長変換部材は、光透過部材の光入射側の面に設けられていることを特徴とする請求項１に記載の照明装置。
前記発光素子から出射する光を前記光波長変換部材に向けて集光する光学部材と、
前記光波長変換部材が設けられる透明部材と、を更に備え、
前記透明部材は、前記光波長変換部材の熱伝導率よりも高い材料で構成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の照明装置。
前記光透過部材は、前記光波長変換部材の熱伝導率よりも高い材料で構成されていることを特徴とする請求項２に記載の照明装置。
前記発光素子は、前記光波長変換部材に対して前記光透過部材と同じ側に配置され、前記光波長変換部材の発光面に向かって光を照射するように構成されていることを特徴とする請求項１乃至４のいずれか１項に記載の照明装置。
前記光波長変換部材は、前記発光素子と前記光透過部材との光路の途中において、光が入射する領域が変化するように所定の範囲で移動できるように構成されていることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の照明装置。
前記第１の蛍光体および前記第２の蛍光体の少なくとも一方は、単結晶または透光性セラミックであることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の照明装置。